肖特基异质结内建电场调控电子结构实现高效水电解

《Applied Catalysis B: Environment and Energy》：Built-in Electric Field Governed Electronic Manipulation in Schottky Heterostructures toward Efficient Water Electrolysis

本研究发现通过构建CoNi合金-Co3O4肖特基异质结，利用界面内建电场（BEF）实现电子从CoNi向Co3O4的定向转移，有效平衡反应中间体吸附能，显著提升析氢反应（HER）和析氧反应（OER）双功能催化性能。该催化剂在10 mA cm?2电流密度下仅需1.38V电解电压，且稳定性超过300小时，为太阳能-氢能转换提供了实用化解决方案。

　　

亮点

本研究通过精准界面工程构建了锚定于多孔碳纸（PCP）的CoNi-Co₃O₄肖特基异质结，其内建电场驱动的电子转移有效优化了催化位点电子态，使氢/氧析出反应在10 mA cm^?2电流密度下仅需35/189 mV过电位，并展现超过300小时的卓越稳定性。

催化剂合成与结构表征

CoNi-Co₃O₄/PCP异质结构通过温和的两步法合成：先将金属前驱体溶液吸附至滤纸，再经碳化处理（图1a）。滤纸的毛细作用力可克服咖啡环效应，确保活性组分均匀分布。同步热解获得的PCP基底为异质结构提供了高负载量和良好分散性。

结论

我们成功开发了强耦合CoNi-Co₃O₄/PCP异质结作为高效双功能电催化剂，用于碱性水分解。光谱研究和理论模拟揭示了因功函数差异形成的肖特基异质结，其内建电场主导了从CoNi到Co₃O₄纳米簇的界面电子转移。这种电荷重排通过平衡氧中间体的吸附强度，显著降低了反应能垒。